高考化学原电池和电解池讲义

高考化学原电池和电解池讲义

原电池和电解池 一、原电池：‎ ‎ 1、定义：将化学能转化为电能的装置，如铜-锌原电池。‎ ‎ 2、组成原电池的条件：‎ ‎ ①有两种活性不同的金属（或一种是非金属导体）； ②电极材料均插入电解质溶液中； ③两电极相连形成闭合电路。④一般能自发的发生氧化还原反应。‎ ‎3、原电池的原理 ‎ 负极----较活泼的金属---- 电子------发生 反应 ‎ 正极----较不活泼的金属---- 电子----发生 反应 在锌上发生的是： 失电子，发生氧化反应的一极是负极；‎ 在铜上发生的是： 得电子，发生还原反应的一极是正极 总反应：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 ‎ 二、 电解池 ‎ 1．定义：将电能转化为化学能的装置，如电解饱和食盐水。‎ ‎ ‎ 阳极反应：2Cl-－2e-=Cl2↑（氧化反应） 阴极反应：2H+＋2e-＝H2↑（还原反应）‎ ‎ 第11页 共11页 总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑‎ 注意：‎ ‎①电流必须是直流 ‎ ‎②熔融态的电解质也能被电解 ‎③阴极上放电的先后顺序是：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞(H+)＞Fe2+＞Zn2+；‎ 阳极上放电的先后顺序是：活泼金属电极›S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH ->(F-、NO3-、SO42-等)（惰性电极）‎ ‎④用石墨、金、铂等还原性很弱的材料制做的电极叫做惰性电极，理由是它们在一般的通电条件下不发生化学反应。用铁、锌、铜、银等还原性较强的材料制做的电极又叫做活性电极，它们做电解池的阳极时，先于其他物质发生氧化反应。‎ ‎ 电解的电极反应式的书写思路与步骤：‎ 分电极（判断正负极）-----析溶液（分析电解质溶液中含有哪些离子）---判流向（判断电子流动方向、离子移动方向）-----断微粒（确定在两极上反应的是什么微粒）----写电极（书写电极反应方程式）---写方程（书写电解质电解的化学方程式或离子方程式）‎ ‎1）电解时溶液pH值的变化规律 电解质溶液在电解过程中，有时溶液pH值会发生变化。判断电解质溶液的pH值变化，有时可以从电解产物上去看。‎ ‎①若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH值增大；‎ ‎②若阴极上无H2，阳极上产生O2，则电解后溶液pH值减小；‎ ‎③若阴极上有H2，阳极上有O2，且V(H2)=2V(O2)，则有三种情况：‎ a 如果原溶液为中性溶液，则电解后pH值不变；‎ b 如果原溶液是酸溶液，则pH值变小；‎ c 如果原溶液为碱溶液，则pH值变大；‎ ‎④若阴极上无H2，阳极上无O2产生，电解后溶液的pH可能也会发生变化。‎ 如电解CuCl2溶液（CuCl2溶液由于Cu2+水解显酸性），一旦CuCl2全部电解完，pH值会变大，成中性溶液。‎ 三、金属腐蚀与防护 金属的腐蚀：金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。‎ ‎1、化学腐蚀与电化腐蚀 化学腐蚀 电化腐蚀 一般条件 金属直接和强氧化剂接触 不纯金属，表面潮湿 反应过程 氧化还原反应，不形成原电池 因原电池反应而腐蚀 ‎ 第11页 共11页 有无电流 无电流产生 有电流产生 反应速率 电化腐蚀＞化学腐蚀 结果 使金属腐蚀 使较活泼的金属腐蚀 ‎2、析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）‎ 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强pH＜4.3‎ 水膜酸性很弱或中性 电极反应 负极 Fe-2e—→Fe2+‎ 正极 ‎2H++2e—→H2↑‎ O2+2H2O+4e—→4OH—‎ 总反应式 Fe+2H+→Fe2++H2↑‎ ‎2Fe+O2+2H2O→2Fe(OH)2‎ ‎4Fe(OH)2 + 2H2O + O2=4Fe(OH)3Fe2O3.xH2O 腐蚀作用 发生在某些局部区域内 是主要的腐蚀类型，具有广泛性 ‎3、金属防护的几种重要方法 ‎①改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。‎ ‎②在金属表面覆盖保护保护层，使金属和周围物质隔离开来。‎ ‎③电化学保护法：利用电化学反应使金属钝化而受到保护，或者利用原电池反应将需要保护的金属作为电池的正极而受到保护。‎ ‎4、金属腐蚀速率大小：电解池阳极＞原电池负极＞化学腐蚀＞原电池正极＞电解池阴极 四、电解原理在工业生产中的应用 ‎1、电解精炼反应原理(电解精炼铜) 阳极(粗铜)：Cu-2e—→Cu2+，阴极(纯铜)：Cu2++2e—→Cu 阳极上铜溶解的速率与阴极上铜沉积的速率相等，所以溶液中CuSO4的浓度基本保持不变。‎ ‎2、镀铜反应原理 阳极(纯铜)：Cu-2e—→Cu2+，阴极(镀件)：Cu2++2e—→Cu 溶液中的Cu2+浓度保持不变。‎ ‎3、氯碱工业反应原理 阳极：2Cl—-2e—→Cl2↑，阴极：2H++2e—→H2↑ 总反应式 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑‎ 电镀铜 精炼铜 形成条件 镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液必须含有镀层金属的离子 粗铜金属作阳极，精铜作阴极，CuSO4溶液作电解液 电极反应 阳极 Cu －2e- = Cu2+‎ 阴极 Cu2++2e- = Cu 阳极：Zn - 2e- = Zn2+ Cu - 2e- = Cu2+ 等 阴极：Cu2+ + 2e- = Cu 溶液变化 电镀液的浓度不变 溶液中溶质浓度减小 ‎ 第11页 共11页 五、 原电池、电解池、电镀池的比较 原电池 电解池 电镀池 定义 将化学能转变成电能的装置 将电能转变成化学能的装置 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。一种特殊的电解池 装置 举例 形成 条件 ‎①活动性不同的两电极(连接)‎ ‎②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)‎ ‎③形成闭合回路 ‎①两电极接直流电源 ‎②两电极插人电解质溶液 ‎③形成闭合回路 ‎①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极 ‎②电镀液必须含有镀层金属的离子 电极 名称 负极：较活泼金属；‎ 正极：较不活泼金属(或能导电的非金属等)‎ 阳极：电源正极相连的电极 阴极：电源负极相连的电极 阳极：镀层金属；‎ 阴极：镀件 电极 反应 负极（氧化反应）：金属原子失电子；‎ 正极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子 阳极（氧化反应）：溶液中的阴离子失电子，或金属电极本身失电子；‎ 阴极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子 阳极（氧化反应）：金属电极失电子；‎ 阴极（还原反应）：电镀液中阳离子得电子 电子 流向 负极正极 电源负极阴极 电源正极阳极 电源负极阴极 电源正极阳极 电解、电离、电镀的比较 电解 电离 电镀 条件 受直流电作用 受热或水分子作用 受直流电作用 实质 阴阳离子定向移动，在两极发生氧化还原反应 阴阳离子自由移动，无明显的化学变化 用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金 实例 CuCl2 Cu＋Cl2‎ CuCl2==Cu2++2Clˉ‎ 阳极 Cu －2e- = Cu2+‎ 阴极 Cu2++2e- = Cu 关系 先电离后电解，电镀是电解的应用 题型一：电池的电极极判断与电极反应式书写 例1．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe＋Ni2O3＋3H2O＝ Fe(OH)2＋2Ni(OH)2‎ ‎ 第11页 共11页 ‎ 下列有关该电池的说法不正确的是( )‎ ‎ A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe ‎ B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH−−2e−＝Fe(OH)2‎ ‎ C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低 ‎ D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH−−2e−＝Ni2O3+3H2O 拓展变式练习 ‎1．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是（ ）‎ A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极 C．两烧杯中溶液的pH均增大 D．产生气泡的速度甲比乙慢 ‎2．关于铅蓄电池Pb＋PbO2＋2H2SO4 PbSO4＋2H2O的法正确的是( )‎ ‎ A．在放电时，正极发生的反应是 Pb(s) +SO42—（aq）= PbSO4(s) +2e—‎ ‎ B．在放电时，该电池的负极材料是铅板 ‎ C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小 ‎ D．在充电时，阳极发生的反应是 PbSO4(s)+2e—= Pb(s)+ SO42—（aq）‎ ‎3．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能．氢氧燃料电池的基本反应是：X极：O2(g)＋H2O(l)＋2e－＝＝＝2OH－ Y极：H2(g)＋2OH－＝＝＝2H2O(l)＋2e－ ，下列判断正确的是（ )‎ ‎ A．X是正极 B．Y是正极 C．Y极发生还原反应 D．Y极发生氧化反应 ‎4．化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是( )‎ ‎ A．电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为：2Cl－ －2e－=　Cl2 ↑‎ ‎ B．碱性氢氧燃料电池的负极反应式：O2 + 2H2O + 4e- == 4OH－‎ ‎ C．电镀铜时，阳极的反应式：Cu2++ 2e- ==Cu ‎ D．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式：Fe－2e－ == Fe2+‎ ‎5．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列叙述不正确的是(　　)‎ ‎ A．放电时负极反应为：Zn＋2OH－－2e－=== Zn(OH)2‎ ‎ B．充电时阳极反应为：Fe(OH)3＋5OH－－3e－=== FeO42－＋4H2O ‎ 第11页 共11页 ‎ C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化 D．放电时正极附近溶液的碱性增强 ‎6．已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、盐酸。按要求回答下列问题：‎ ‎ （1）电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因_______________________________。‎ ‎ （2）若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？________，若能，请写出电极反应式，负极____________________，正极__________________________。(若不能，后面两空不填)‎ ‎ （3）若电池反应为：Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，该池属于原电池还是电解池？________，请写出各电极的电极材料和电解质溶液_______________，________________。‎ ‎ 题型二：电解池原理及应用 例2．如图所示，a、b是多孔石墨电极，某同学按图示装置进行如下实验：断开K2，闭合K1一段时间，观察到两支玻璃管内都有气泡将电极包围，此时断开K1，闭合K2，观察到电流计A的指针有偏转。下列说法不正确的是 (　 　)‎ A．烧杯a中的溶液pH升高 B．烧杯b中发生氧化反应 C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－＝H2‎ D．烧杯b中发生的反应为2Cl－−2e－＝Cl2‎ 拓展变式练习 ‎1．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是(　　)‎ ‎ A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe ‎ B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2‎ ‎ C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低 ‎ D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O ‎2．电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是 （ ）‎ ‎ A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片 B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片 ‎ C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物 D．用带火星的木条检验阳极产物 ‎3．用石墨做电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使用电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的（ ）‎ ‎ A．CuSO4 B．H2O C．CuO D．CuSO4·5H2O ‎4．以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是( )‎ ‎ A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程 ‎ B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 ‎ C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率 ‎ 第11页 共11页 ‎ D．镀锌层破损后对铁制品失去保护作用 ‎5．一种充电电池放电时的电极反应为：H2＋2OH－−2e－＝2H2O；NiO(OH)＋H2O＋e－＝Ni(OH)2＋OH－，当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是（ ）‎ ‎ A．H2O的还原 B．NiO(OH)的还原 C．H2的氧化 D．NiO(OH) 2的氧化 ‎6．用铂电极分别电解KCl溶液和K2SO4溶液时，都会出现的现象或实验结果是（　　　）‎ ‎ A．溶液中K+离子浓度都不变 B．溶液的pH都不变 ‎ C．阳极上都生成能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色的气体 D．阴极上都生成可燃的气体 一、选择题 ‎1．金属镍有广泛的用途．粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（已知：氧化性Fe2＋

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